FALLO (lenguaje de programación)

FAUST ( Functional Audio Stream ) es un lenguaje de programación visual puramente funcional , basado en texto y específico de dominio, para implementar algoritmos de procesamiento de señales en forma de bibliotecas , complementos de audio o aplicaciones independientes. Un programa FAUST representa un procesador de señales: una función matemática que se aplica a una señal de entrada y se envía como salida. Es software libre y de código abierto, distribuido bajo la Licencia Pública General de GNU (GPL).

El modelo de programación FAUST combina un enfoque de programación funcional con una sintaxis de diagrama de bloques :

• El enfoque de programación funcional proporciona un marco natural para el procesamiento de señales . Las señales digitales se modelan como funciones discretas del tiempo, los procesadores de señales como funciones de segundo orden que operan sobre ellas, y los operadores de composición de diagramas de bloques de FAUST , utilizados para combinar procesadores de señales, como funciones de tercer orden, etc.
• Los diagramas de bloques, incluso si son puramente textuales como en FAUST, promueven un enfoque modular para el procesamiento de señales que cumple con los hábitos de los ingenieros de sonido y los desarrolladores de audio. Un programa FAUST no describe un sonido o un grupo de sonidos, sino un procesador de señales . El código fuente del programa está organizado como un conjunto de definiciones con al menos la definición de la palabra clave process(el equivalente de mainen C):

proceso = ... ;

El compilador FAUST traduce el código FAUST a un objeto C++ , que luego puede interactuar con otro código C++ para producir un programa completo.

También puede realizar compilación cruzada (traducción) de la especificación de procesamiento de señales digitales (DSP) FAUST a: C , C++ , C# , Cmajor, Codebox ( Max ), D , intérprete, Java , JSFX ( REAPER ), LLVM IR, Julia , Rust y WebAssembly (Wast/Wasm).

El código generado funciona a nivel de muestra. Por lo tanto, es adecuado para implementar funciones DSP de bajo nivel, como filtros recursivos . El código también puede integrarse . Es autónomo y no depende de ninguna biblioteca DSP ni sistema de ejecución . Presenta un comportamiento muy determinista y un tamaño de memoria constante.

La semántica de FAUST se caracteriza por su simplicidad y precisión. Esto permite que el compilador de FAUST se guíe semánticamente . En lugar de compilar un programa literalmente, compila la función matemática que representa. Esto puede fomentar la reutilización de componentes. Además, tener acceso a la semántica exacta de un programa FAUST simplifica los problemas de preservación.

FAUST es un lenguaje textual orientado a diagramas de bloques. Combina dos enfoques: programación funcional y diagramas de bloques algebraicos , que se construyen mediante composición de funciones . Para ello, FAUST se basa en un álgebra de diagramas de bloques con cinco operaciones de composición.

Los programas FAUST definen una processfunción que opera sobre los datos de entrada. Esto es análogo a la mainfunción en la mayoría de los lenguajes de programación. El siguiente es un ejemplo que produce silencio:

proceso = 0 ;

El segundo ejemplo copia la señal de entrada a la salida. Implica la _primitiva que denota la función identidad para señales:

proceso = _ ;

Otro ejemplo suma una señal estéreo en una señal mono utilizando la +primitiva:

proceso = + ;

La mayoría de las primitivas de FAUST son análogas a sus contrapartes en C para números, pero se aplican a señales. Por ejemplo, la primitiva de FAUST sinopera sobre una señal X aplicando la función de Csin a cada muestra X[t]. Todas las funciones numéricas de C tienen su equivalente en FAUST. Algunas primitivas de procesamiento de señales son específicas de FAUST. Por ejemplo, el operador de retardo @toma dos señales de entrada: X (la señal que se va a retardar) y D (el retardo que se va a aplicar), y produce una señal de salida Y tal que Y(t) = X(t − D(t)).

A diferencia de los lenguajes de programación visual tipo Max , donde el usuario realiza conexiones manuales, las primitivas de FAUST se ensamblan en diagramas de bloques mediante un conjunto de operaciones de composición de diagramas de bloques de alto nivel .

Utilizando el operador de composición secuencial, :la salida de +se puede enrutar a la entrada de abspara calcular el valor absoluto de la señal:

proceso = + : abs ;

Aquí se muestra un ejemplo de composición paralela utilizando el ,operador que dispone sus expresiones izquierda y derecha en paralelo. Esto es análogo a un cable estéreo.

proceso = _ , _ ;

Estos operadores se pueden combinar arbitrariamente. El siguiente código multiplica una señal de entrada por 0,5:

proceso = _ , 0.5 : * ;

Lo anterior puede reescribirse en forma currificada :

proceso = * ( 0.5 );

El operador de composición recursiva ~se puede utilizar para crear diagramas de bloques con ciclos (que incluyen un retardo implícito de una muestra). He aquí un ejemplo de un integrador que toma una señal de entrada X y calcula una señal de salida Y tal que Y(t) = X(t) + Y(t−1):

proceso = + ~ _ ;

Mediante archivos de arquitectura específicos , un programa FAUST puede utilizarse para generar código para diversas plataformas y formatos de complementos. Estos archivos de arquitectura actúan como envoltorios y describen las interacciones con el sistema de audio y la interfaz gráfica de usuario del host. A partir de 2021Se admiten más de 30 arquitecturas y cualquiera puede implementar otras nuevas.

Una opción útil permite generar la representación del diagrama de bloques del programa como uno o más archivos gráficos SVG.

Es útil observar la diferencia entre el diagrama de bloques y el código C++ generado. La clave no reside en compilar el diagrama de bloques literalmente, sino la función matemática que representa. Los compiladores modernos de C/C++ tampoco compilan los programas literalmente. Sin embargo, debido a la compleja semántica de C/C++ (debido a efectos secundarios, alias de punteros, etc.), no pueden ir muy lejos en esa dirección. Esta es una clara ventaja de un lenguaje puramente funcional: permite a los compiladores realizar optimizaciones muy avanzadas.

La semántica de Faust es casi idéntica a la de la clase de tipos Arrows de Haskell . Sin embargo, la clase Arrow no está vinculada a procesadores de señales.

Los combinadores Arrow son más restrictivos que sus contrapartes FAUST; por ejemplo, se conserva el anidamiento de la composición paralela y las entradas de los operandos &&&deben coincidir exactamente.

• Premio de Ciencia Abierta 2022 para software de investigación de código abierto en la categoría "Documentación". ^{[ 2 ]}

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• FAUST en GitHub